История развития систем подвижной связи

Министерство транспорта Российской Федерации 

Федеральное агентство  железнодорожного транспорта

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Омский государственный  университет путей сообщения

ОмГУПС (ОмИИТ)

 

 

 

 

Кафедра «История, философия и культурология»

 

 

 

 

 

 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

Тематический реферат  по дисциплине

 «История и философия науки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент

_____________ФИО

«    »_________2010 г.

 

Научный руководитель –

 

_____________ФИО

«    »_________2010 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2010

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

На протяжении всей своей  истории человечество испытывало острую необходимость в средствах быстрой  передачи информации на большие расстояния. На заре цивилизации для этого  использовались различные примитивные  способы – сигнальные костры, барабаны, почтовые голуби и т. д. С развитием науки эти технологии все более совершенствовались – изобретение электричества со временем позволило соединять проводами между собой удаленные на большое расстояние объекты и практически моментально обмениваться между ними достаточно приличными объемами информации. Это было очень большим достижением, но местоположение абонентов было строго фиксировано, что иногда создавало большие неудобства.

Таким образом, существовала потребность в разработке новых средств, которые могли бы обеспечить связь с подвижным (мобильным) объектом. Тем самым данный вид связи имел свои особенности и этапы развития, нежели радиосвязь в целом. Цель данной работы – это знакомство с историческими, хронологическими данными этапов развития средств именно подвижной (мобильной) связи. Безусловно, истоки данной истории закономерно совпадают с началом развития радиосвязи в целом, но акцент сделан непосредственно на технологию, если так можно выразиться, мобильной связи. 

Основываясь на классификации  систем мобильной радиосвязи, предложено рассматривать историю развития систем наземной подвижной радиосвязи, как наиболее распространенной в настоящее время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Системы наземной подвижной связи

Первым шагом к появлению  мобильных средств связи было открытие в 1888 году немецким физиком  Генрихом Герцем электромагнитных радиоволн  и нахождение способа их обнаружения. Немного позже, 7 мая 1895 года русский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского Физико-Химического Общества продемонстрировал прибор, предназначенный для регистрации электромагнитных волн – первый примитивный радиоприемник (рисунок 1). Разработка Александра Степановича основывалась на исследованиях Г. Герца. Также свой огромный вклад в создание радиосвязи внесли исследования Фарадея (явление электромагнитной индукции),  Дж. Максвелла (теория электромагнитного поля), Э. Бранли и О. Лоджа (индикатор электромагнитных волн), а также Н.Тесла (огромный объем исследований, в том числе им предложена конструкция антенн) [1].

 

Рисунок 1 – Регистратор  Попова

В последующем было проведено  множество исследований, получены десятки патентов на изобретения, но в большинстве своем это касалось, так сказать, фиксированной радиосвязи, т.е. говорить о передвижении (мобильности) объектов не приходилось.

Первую же наземную мобильную связь  провел итальянец Гульельмо Маркони  в 1901 году, установив радио-приемопередающее устройство на борт парового автомобиля «Торникрофт» и положив тем самым начало развития подвижной радиосвязи (рисунок 2). Установка Маркони работала только с азбукой Морзе, т.е. возможно было передавать только данные (точка-тире), но не голос. Однако говорить о настоящей мобильности было еще рано, размеры устройства были просто огромными, а также неудобство, связанное с тем,что перед тем как автомобиль начинал движение, необходимо было опустить высокую цилиндрическую антенну в горизонтальное положение [3].

В дальнейшем развитие систем подвижной  связи осуществлялось по пути создания систем, обслуживающих нужды полиции и муниципальных служб, а также различные производственные нужды.

Рисунок 2 – Установка Гульельмо Маркони

Таким образом, следующее знаковое событие в развитии мобильной связи произошло в 1921 году, когда была в американском Детройте создана первая диспетчерская система телеграфной подвижной связи. Основой этой системы была азбука Морзе, причем связь была односторонней – полицейские диспетчеры вызывали автомобиль по радиосвязи, а полицейские связывались с участком по обычному проводному телефону. Рабочей частотой системы были 2 МГц. Фактически, диспетчерская система телеграфной подвижной связи это ничто иное, как прообраз пейджинговой связи.

Двухсторонняя радиосвязь между диспетчерами и полицейскими автомобилями появилась спустя 12 лет, в 1933 году в Нью-Йорке. Средства подвижной  радиосвязи тех лет относились к  системам PTT (Push-To-Talk – нажми, чтобы говорить). Данный принцип, до сих пор используется в рациях, а несколько лет назад он пережил второе рождение в средствах мобильной связи – благодаря функции PTT современных мобильных телефонов [1].

Не менее важным событием стало  создание при американском Конгрессе в 1934 году Федеральной Комиссии по Коммуникациям (FCC) (рисунок 3), основной функцией которой было распределение радиочастот на территории США [3]. Приоритетом при получении частотного ресурса пользовались спасательные службы, государственные агентства и общественные компании. Далее следовали фирмы, работающие в сфере грузовых и пассажирских перевозок. Изначально, возможность выделения радиочастот частным лицам  и компаниям предусмотрена не была, причем это ограничение действовало до окончания Второй Мировой Войны, что стало одной из причин задержки в развитии частной мобильной связи.

На начальном этапе развития систем наземной подвижной связи  в них использовались телеграфные  режимы работы, а позже – телефонные режимы с применением для передачи сообщений амплитудной модуляции (AM). В 1940 году в США в диапазоне очень высоких частот (ОВЧ) создается первая система подвижной связи с использованием частотной модуляции (ЧМ).

 

Рисунок 3 – Логотип  Федеральной Комиссии по Коммуникациям

Первая сеть подвижной радиосвязи, рассчитанная на частных клиентов, была запущена 17-го июня 1946 г. в американском Сент-Луисе (штат Миссури) совместными усилиями Службы Мобильной Телефонии AT&T и Bell Telephone Laboratories. В качестве рабочей частоты данной системы было выбран диапазон в районе 150 МГц, при этом использовалось 6 каналов, но позднее число каналов было сокращено до 3, из-за помех, вызываемых наложением радиоволн [3]. Однако, существовал ряд проблем:  во-первых, аппаратура была очень громоздкой и предназначалась только для установки в автомобиль, вес радиотелефона составлял 40 килограмм без источника питания; во-вторых, ограниченность частотного ресурса, радиотелефоны с близкими по частоте каналами начинали вызывать взаимные помехи, и необходимо было минимум 100 километров между двумя радиосистемами, чтобы стало возможным использовать частоту вновь.

 

Рисунок 4 – Радиотелефон, установленный в автомобиле

Позднее техническое  решение AT&T и Bell Telephone Laboratories оказывается не совсем совершенным, т.к. в 1948 году создается первая полностью автоматическая радиотелефонная система подвижной связи без участия диспетчера в городе Ричмонд штата Индиана.

Описанные выше трудности  дальнейшего развития мобильной связи были разрешены позднее благодаря знаменательным событиям, произошедших в 1947 году. А именно, в этот год сотрудником Bell Laboratories Д. Рингом был разработан сотовый принцип организации сети мобильной связи, что позволило решить проблему взаимных помех, и обеспечило повторное использование частотных каналов. В июле 1947 года У. Шокли, У. Браттайн и Дж. Бардин – сотрудники Bell Laboratories, изобретают транзистор. Это в дальнейшем позволило заметно уменьшить вес и размеры мобильных телефонных аппаратов. В последующем мобильная связь получила сильнейший толчок для развития и широкое распространение среди множества пользователей.

В СССР серийный выпуск первых отечественных станций подвижной связи был налажен в 1952 году.

Таким образом, за прошедшие сто лет наземная подвижная связь прошла следующие основные этапы развития:

• внедрение в подвижную связь частотной модуляции (ЧМ) (1940 г.);
• создание первых сетей поискового радиовызова общего применения (1956 г.);
• создание первых транкинговых систем со свободным доступом всех абонентов сети к имеющемуся частотному ресурсу (1972 г.);
• внедрение первых систем абонентского доступа (1975 г.);
• внедрение сотовых аналоговых систем подвижной связи с высокой эффективностью использования выделенной полосы частот (1979 г. – AMPS; 1981 г. – NMT-450);
• внедрение цифровых систем подвижной связи (1992 г. – GSM; 1995 г. – СDМА).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 История развития отдельных видов систем подвижной связи

2.1 Пейджинговые системы

Как уже упоминалось  ранее, прообразом пейджинговой системы стала диспетчерская система, разработанная для нужды полиции в 1921 году.

Начало развития современных пейджинговых систем (систем поискового радиовызова, ПРВ) общего пользования можно отнести к 1956 году, когда была создана первая система «Multiton». В этой системе, которая для передачи сообщений использовала специально выделенный радиоканал, абонент имел малогабаритный приемник – пейджер, способный из общего потока сообщений, передаваемых по радиоканалу, выделить адресованный ему сигнал. При приеме этого сигнала в зависимости от принятой кодовой комбинации издавался звук определенного тона, услышав который абонент мог, нажав на кнопку, прослушать посланное ему речевое сообщение.

Позже, из-за необходимости  улучшить эффективность использования радиоканала, отказались от передачи речевого сообщения. Вызов абонента включал тоновый звуковой сигнал пейджера, который извещал его о необходимости совершить определенные действия (например, позвонить по заранее определенному телефонному номеру). Системы пейджинговой связи, работающие в отдельном выделенном радиоканале, выпускались многими фирмами. Обычно ширина полосы канала составляла 25 кГц, и для передачи сигналов использовалась частотная модуляция. Для работы этих систем выделялись каналы в диапазоне частот от 50 до 900 МГц.

Важной вехой в развитии систем пейджинговой связи явилась  разработка в 1976 году протокола POCSAG, принятого  в качестве международного. В 1982 году впервые были разработаны пейджеры с дисплеем, на котором абонент мог увидеть посланное ему буквенно-цифровое сообщение. В системах ПРВ, использующих этот код, информация может передаваться со скоростью 512, 1200 либо 2400 бит/с.

Системы пейджинговой связи  получили весьма широкое распространение  и, с целью экономии частотного ресурса, в 1980 году возникла идея использовать для организации такой связи хорошо развитую сеть станций. Сигналы ПРВ передавались в эфир в составе вещательного сигнала на поднесущей частоте 57 кГц. Эта частота модулировалась с помощью частотной модуляции и была расположена по спектру выше верхней граничной частоты вещательного сигнала. Широкое внедрение таких систем, получивших название RDS (Radio Data System), началось во многих странах мира в 1987 году.

Первая отечественная  разработка пейджинговой системы «Луч-1» Воронежским НИИ связи была завершена в 1988 году.

Начиная с 60-х годов  создаются национальные и региональные сети ПРВ, охватывающие территории нескольких стран и предоставляющие абонентам  услуги во всей зоне обслуживания. В 1969 году создана европейская система ЕВРОСИГНАЛ, которая была внедрена во Франции, Германии и Швейцарии. Позже была создана система ЕВРОПЕЙДЖ, охватившая территории Великобритании, Франции, Германии и Италии.

В 1956 году Motorola выпустила  первый в мире пейджер, который благодаря низкой стоимости был доступен самым широким слоям населения, что сделало пейджинговую связь очень популярной. Спустя почти 40 лет, в 1995 году Motorola представила Tango – первый в мире пейджер с двухсторонней связью, т.е. с его помощью которого можно было не только получать сообщения, но отправлять стандартные ответы (рисунок 5) [2].

 

Рисунок 5 – Пейджер Motorola Tango

В 1992 году создается общеевропейская  система ERMES (European Radio Message System), работающая в полосе частот от 169,4 до 169,8 МГц. Эта система обеспечивает общеевропейский роуминг и высокую скорость передачи сигналов (6,25 Kбит/с). Она позволяет создавать сети очень высокой емкости для передачи разных видов сообщений, включая текстовые. Сети ERMES не получили широкого распространение ввиду сложности оборудования.

Фирмой «Моторола» в 1993 году был разработан для систем ПРВ протокол FLEX, обладающий повышенной помехоустойчивостью и имеющий набор возможных скоростей передачи сообщений (1,6, 3,2 и 6., Kбит/с). Основное достоинство этого протокола состоит в его гибкости - он обеспечивает высокую степень согласования с существующими системами ПРВ, в которых применяется протокол POCSAG. Кроме того, пейджеры FLEX за счет синхронного режима работы имеют увеличенный в 4-5 раз срок службы батарей пейджеров по сравнению с пейджерами POCSAG. В настоящее время 88 процентов абонентов всех пейджинговых сетей в мире используют протокол FLEX. В России ряд крупнейших пейджинговых компаний («Весолинк», «Интерантенна», «Inform-Excom», «Мобайл Телеком») применяют этот протокол более чем в пятидесяти городах.